Oblast poloostrova Cape York se rozkládá na ploše přibližně 137 000 km² severně od 16° j. š. Z cípu poloostrova, mysu York, je to přes ostrov a korálové útesy Torresova průlivu na Novou Guineu asi 160 km.
Západní pobřeží ohraničuje Carpentarský záliv a východní pobřeží Korálové moře. Na jihu není jasná hranice, ale hranice v zákoně Cape York Peninsula Heritage Act 2007 of Queensland sleduje 16° j. š..
V nejširším místě poloostrova je to 430 km od řeky Bloomfield na východním pobřeží k domorodé komunitě Kowanyama na západním pobřeží. Od jižní hranice k mysu York je to přibližně 660 km. Mezi největší ostrovy Torresova průlivu patří Ostrov prince Waleského, Hornův ostrov, Moa a Badu Island.
Mys York je nejsevernějším bodem australského kontinentu. Pojmenoval ho poručík James Cook 21. srpna 1770 po princi Edwardovi, vévodovi z Yorku a Albany. Vévoda byl bratrem britského krále Jiřího III. a zemřel na následky nemoci v roce 1767, když mu bylo pouhých 20 let:
"Bod na Mohanu, který tvoří jednu stranu výše zmíněného průlivu a který je severním výběžkem této země, jsem pojmenoval Yorkský mys na počest Jeho královské Výsosti vévody z Yorku."
Tropické krajiny patří k nejstabilnějším na světě. Po miliony let zde neprobíhala žádná tektonická činnost. Poloostrov je extrémně erodovaná, téměř rovná, nízká nížina s mohutnými meandrujícími řekami a rozsáhlými záplavovými oblastmi. Na východní straně v okolí Coenu se v McIlwraithově pohoří nachází několik velmi nízkých kopců, asi 800 m nad mořem.
Součástí australského Velkého dělícíhopásma je hřeben Peninsula Ridge, který tvoří páteř poloostrova. Toto pohoří je tvořeno prastarými (1 500 milionů let starými) prekambrickými a paleozoickými horninami. Na východ a západ od poloostrovního hřbetu se rozkládají pánve Carpentaria a Laura, které jsou tvořeny starobylými druhohorními usazeninami. Na poloostrově se nachází několik významných terénních útvarů: rozsáhlá oblast neporušených písečných dun na východním pobřeží v okolí zálivu Shelburne Bay a mysu Bedford-Cape Flattery, obrovské hromady černých žulových balvanů v národním parku Black Mountain a na mysu Melville a vápencové krasy v okolí Palmerstonu na jihu.
Půda je chudá, a to i ve srovnání s jinými oblastmi Austrálie. Jsou staré a zvětralé, nevhodné pro orbu a nereagují na hnojiva. Kvůli chudé půdě je oblast řídce osídlena. Pokusy o pěstování komerčních plodin jsou většinou neúspěšné.
Podnebí na poloostrově Cape York je tropické a monzunové. Silné monzunové období trvá od listopadu do dubna, kdy se les stává téměř neobyvatelným. Období sucha trvá od května do října. Teplota je teplá až horká, ve vyšších oblastech je klima chladnější. Průměrné roční teploty se pohybují od 18 °C ve vyšších polohách do 27 °C v nížinách na sušším jihozápadě. Teploty nad 40 °C a pod 5 °C jsou vzácné.
Roční úhrn srážek je vysoký, od více než 2000 mm v oblasti Iron Range a severně od Weipy po přibližně 700 mm na jižní hranici. Většina těchto srážek spadne mezi listopadem a dubnem. Pouze na východních svazích pohoří Iron Range je průměrný úhrn srážek mezi červnem a zářím vyšší než 5 mm. Mezi lednem a březnem se však medián měsíčních srážek pohybuje od přibližně 170 mm (6,5 palce) na jihu až po více než 500 mm (20 palců) na severu a v oblasti Iron Range.
Řeky
Poloostrovní hřbet tvoří odtokové rozvodí mezi Carpentarským zálivem a Korálovým mořem. Na západě se do Karpentarského zálivu vlévají velké klikaté říční systémy, jako jsou Mitchell, Coleman, Holroyd, Archer, Watson, Wenlock, Ducie a Jardine. V období sucha se tyto řeky mění v řadu vodních děr a písečných koryt. Při vydatných deštích v období dešťů se z nich však stávají mohutné vodní toky, které se rozlévají v obrovských záplavových oblastech a pobřežních mokřadech a dávají život mnoha sladkovodním a mokřadním druhům.
Na východních svazích tečou ke Korálovému moři kratší a rychleji tekoucí řeky Jacky Jacky Creek, Olive, Pascoe, Lockhart, Stewart, Jeannie a Endeavour. Ty dodávají důležitou sladkou vodu a živiny do nejzdravější části Velkého bariérového útesu. Podél svých břehů jsou tyto divoké, nenarušené řeky lemovány hustými deštnými pralesy, písečnými dunami nebo mangrovovými porosty.
Záplavová území v povodí řeky Laury jsou nyní chráněna v národních parcích Lakefield a Jack River. Pláněmi protékají řeky Morehead, Hann, North Kennedy, Laura, Jack a Normanby.
Řeky poloostrova jsou známé svou hydrologickou integritou. To znamená, že jsou stále ve svém přirozeném stavu, s nezměněnými vodními toky a vegetací. Poloostrov Cape York je jedním z mála míst, kde tropické vodní cykly zůstávají nezměněny. Na poloostrov Cape York připadá až čtvrtina povrchového odtoku v Austrálii. S méně než 3 % rozlohy Austrálie produkuje více odtoku než celá Austrálie jižně od obratníku Kozoroha. Důležité jsou také řeky poloostrova, které vracejí vodu zpět do Velké artéské pánve v centrální Austrálii. Queenslandská vláda plánuje chránit 13 divokých řek poloostrova Cape York podle zákona o divokých řekách z roku 2005.
Geologická historie
Přibližně před 40 miliony let se indo-australská tektonická deska začala oddělovat od starobylého superkontinentu Gondwana. Když na své cestě na sever narazila do Tichomořské desky, vznikla zhruba před 5 miliony let vysoká pohoří v centrální části Nové Guineje. Starověké horniny na dnešním poloostrově Cape York byly chráněny před touto kolizní zónou a nepohnuly se.
Během pleistocénu byly Austrálie a Nová Guinea několikrát spojeny pevninou a odděleny vodou. V dobách ledových s nízkou hladinou moře byl poloostrov Cape York nízkým pevninským mostem. Další spojnice existovala mezi Arnhemskou zemí a Novou Guineou, která v některých obdobích vytvářela velké sladkovodní jezero Carpentaria uprostřed dnešního Carpentarského zálivu. Tímto způsobem byly Austrálie a Nová Guinea spojeny až do doby, kdy byl mělký Torresův průliv naposledy zaplaven asi před 8 000 lety.
